DE1525721B1

DE1525721B1 - Sealed slewing ring

Info

Publication number: DE1525721B1
Application number: DE19661525721
Authority: DE
Inventors: Giusto Fonda Bonardi
Original assignee: Litton Industries Inc
Current assignee: Litton Industries Inc
Priority date: 1965-09-10
Filing date: 1966-09-10
Publication date: 1971-01-28
Also published as: GB1141403A

Description

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Die Erfindung betrifft eine gegen äußeren oder selnder Druckdifferenz eine leichtgängige Drehbarinneren Überdruck abgedichtete Verbindung von keit der beiden Hohlkörper aufrechterhalten werden, zwei koaxial drehbaren Hohlkörpern, an deren einem Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Er-The invention relates to a smooth rotating inner overpressure sealed connection of the two hollow bodies against external or selective pressure difference can be maintained, two coaxially rotatable hollow bodies, on one of which, according to an advantageous embodiment of the

ein elastisches Dichtelement vorgesehen ist, das in findungsgedankens begrenzen die beiden gegenübergleitbarem Abdichtungseingriff mit einem starren 5 liegenden Flächen des biegsamen Verbindungs-Teil des anderen Hohlkörpers steht, beispielsweise abschnittes je zum Teil einen mit der Überdruckzone zum Einsatz für Taucher- und Weltraumanzüge. (z. B. äußerer Umgebung der Drehverbindung) undan elastic sealing element is provided, which limit the two opposite-slidable in the inventive concept Sealing engagement with a rigid 5 lying surfaces of the flexible connecting part of the other hollow body is, for example, a portion each partly with the overpressure zone for use in diving and space suits. (e.g. external environment of the slewing ring) and

Bei einer bekannten abgedichteten Drehverbin- der Unterdruckzone (z. B. der Innenraum der Drehdung der genannten Art für unter Innendruck ste- verbindung) kommunizierenden Kanal. Damit wird hende Rohre ist zwischen den beiden drehbaren io eine wirkungsvolle Beaufschlagung der jeweiligen Hohlkörpern ein elastisches Dichtelement eingesetzt, Seite des biegsamen Verbindungsabschnittes mit dem das bei einem Ansteigen des Innendrucks stärker zugehörigen Außen- bzw. Innendruck erreicht, komprimiert und daher mit größerer Kraft gegen das Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in denIn the case of a known sealed rotary joint, the negative pressure zone (e.g. the interior of the rotary manure of the type mentioned for connection under internal pressure) communicating channel. So that will between the two rotatable tubes is an effective application of the respective Hollow bodies an elastic sealing element used, side of the flexible connecting portion with the which, when the internal pressure rises, reaches a stronger associated external or internal pressure, compressed and therefore with greater force against the An embodiment of the invention is in the

starre Teil des anderen Hohlkörpers gedrückt wird. Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher Die Drehverbindung wird also bei Druckanstieg 15 erläutert. Es zeigt schwergängiger. F i g. 1 eine Außenansicht einer erfindungsgemäßenrigid part of the other hollow body is pressed. Drawings shown and in more detail below The rotary connection is thus explained in the case of a pressure increase 15. It shows more difficult to move. F i g. 1 is an external view of an inventive

Eine ähnliche abgedichtete Drehverbindung ist im Drehverbindung,A similar sealed rotary joint is in the rotary joint,

Zusammenhang mit einem Weltraumanzug bekannt- F i g. 2 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, längs derKnown connection with a space suit- F i g. FIG. 2 is a view, partly in section, along FIG

geworden/Auch diese Drehverbindung ist nur zur Linie 2-2 in F i g. 1, und Verwendung bei Überdruck im Inneren geeignet. In 20 Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt längs der einen Ringhohlraum zwischen den beiden drehbaren Linie 3-3 in F i g. 2./ This slewing ring is also only to line 2-2 in FIG. 1, and Suitable for use when there is overpressure inside. In 20 Fig. 3 is an enlarged section along the an annular cavity between the two rotatable lines 3-3 in FIG. 2.

Hohlkörpern ist bei dieser bekannten Verbindung Die Hohlkörper 10 und 12 können um eine ge-Hollow bodies is in this known connection. The hollow bodies 10 and 12 can be

ein ringförmiges, elastisches Dichtelement eingelegt, meinsame Achse gegeneinander gedreht werden, wie das zwei zur Drehachse hinweisende ringförmige dies durch die Pfeile 14 und 16 in F i g. 1 angedeutet Lippen aufweist, deren eine einen Gleitdichtring 25 ist. Beispielsweise kann der Hohlkörper 10 mit dem tragt. Beim Ansteigen des Innendrucks werden die hohlen Unterarmteil 18 eines Taucheranzuges verbeiden Lippen verstärkt auseinandergedrückt, so daß .. bunden werden, während der Hohlkörper 12 mit dem die Reibung in der Dichtfläche ansteigt. Auch diese gleichfalls hohlen Handstück 20 des Taucheranzuges Drehverbindung wird daher bei steigender Druck- verbunden werden kann, um eine freie Drehbarkeit differenz schwergängiger. 30 zwischen dem Unterarm und dem Handstück zu erAufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu möglichen. Die Einzelheiten der abgedichteten Drehvermeiden und die Drehverbindung insbesondere verbindung der vorliegenden Erfindung sind im derart auszubilden, daß in der Abdichtungszone eine einzelnen in der Schnittdarstellung der Fig. 3 gezeigt, im wesentlichen von der Druckdifferenz unabhän- Der Hohlkörper 12 weist einen Flansch 22 auf, wähgige Abdichtkraft aufrechterhalten wird, um damit 35 rend der Hohlkörper einen Flansch 24 hat. Ein Ring eine maßgebliche Erhöhung des Drehwiderstandes 26 ist auf den Flansch 22 geschraubt. Ein O-Ring 52 mit steigender Druckdifferenz zu vermeiden. ist zwischen dem Flansch 22 und dem Ring 26 an-an annular, elastic sealing element is inserted, common axis can be rotated against each other, such as the two ring-shaped ones pointing to the axis of rotation are indicated by arrows 14 and 16 in FIG. 1 indicated Has lips, one of which is a sliding sealing ring 25. For example, the hollow body 10 with the wearing. When the internal pressure increases, the hollow forearm parts 18 of a diving suit are avoided Lips pushed apart, so that .. are bound, while the hollow body 12 with the the friction in the sealing surface increases. This likewise hollow handpiece 20 of the diving suit Rotary connection is therefore connected with increasing pressure to allow free rotation difference more difficult to move. 30 between the forearm and the handpiece the invention is to make this disadvantage possible. The details of the sealed rotating avoidance and the rotating joint in particular connection of the present invention are in to be designed in such a way that in the sealing zone a single one is shown in the sectional view of FIG. essentially independent of the pressure difference. The hollow body 12 has a flange 22, wähgige Sealing force is maintained so that the hollow body 35 has a flange 24 rend. A ring a significant increase in the rotational resistance 26 is screwed onto the flange 22. An O-ring 52 to be avoided with increasing pressure difference. is between the flange 22 and the ring 26

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- geordnet, um die sich dazwischen befindlichen Oberlöst, daß der starre Teil an seinem Hohlkörper mit- flächen abzudichten. Zwischen dem Flansch 22 und tels eines biegsamen Verbindungsabschnittes beweg- 40 dem Ring 26 findet keine Bewegung statt. Der O-Ring bar angeordnet ist, die beiden durch die Abdich- 52 kann z. B. aus Neopren hergestellt sein. Eine tungszone voneinander getrennten Seiten des Lagerscheibe 32 mit einer Laufrille 35 und ein Verbindungsabschnittes von den dort herrschenden Lagerring 34 mit einer Laufrille 41 sind mittels unterschiedlichen Drücken beaufschlagt sind, und Schrauben 67 an dem Ring 26 angeschraubt, der biegsame Verbindungsabschnitt an solcher Stelle 4-s Ein äußerer Ring 28 ist auf den Flansch 24 gevorgesehen ist, daß die auf eine Erhöhung der Druck- schraubt. Der Ring 28 trägt ein starres Teil 58 der differenz zurückgehende Reibungskrafterhöhung an erfindungsgemäßen Drehverbindung. Eine weitere den Dichtflächen durch Bewegung der Abdichtfläche Axiallagerscheibe mit einer Laufrille 37 wird durch des starren Teils relativ zum elastischen Dicht- den äußeren Ring 28 und die Ringfläche 31 in seiner element mindestens zum Teil kompensiert wird, 50 Stellung gegen den Flansch 24 gehalten. Ein O-Ring Wenn die abzudichtende Druckdifferenz steigt, so 54 ist vorgesehen, um ein Lecken zwischen dem wird das elastische Dichtelement im Sinne eines ver- äußeren Ring 28 und dem Flansch 24 zu verhindern, stärkten Anpreßdruckes in der Dichtzone verformt. Die Axiallagerscheibe 29 weist auch eine Laufrille Der starre Teil am anderen Hohlkörper, der mit dem 39 auf.According to the invention, this task is arranged in order to cover the intermediate solids, that the rigid part is to be sealed with its hollow body. Between the flange 22 and Moving by means of a flexible connecting section, the ring 26 does not move. The O-ring bar is arranged, the two by the sealing 52 can z. B. made of neoprene. One processing zone separate sides of the bearing washer 32 with a running groove 35 and a Connecting portion of the bearing ring 34 prevailing there with a running groove 41 are means different pressures are applied, and screws 67 are screwed to the ring 26, the flexible connecting portion at such location 4-s. An outer ring 28 is provided on the flange 24 is that the screw on increasing the pressure. The ring 28 carries a rigid part 58 of the difference decreasing frictional force increase at the rotary joint according to the invention. Another the sealing surfaces by moving the sealing surface thrust bearing disc with a running groove 37 is through of the rigid part relative to the elastic sealing the outer ring 28 and the annular surface 31 in its element is at least partially compensated, 50 position against the flange 24 is held. An o-ring If the pressure differential to be sealed increases, so 54 is provided to prevent leakage between the will prevent the elastic sealing element in the sense of an outer ring 28 and the flange 24, increased contact pressure in the sealing zone. The thrust bearing washer 29 also has a running groove The rigid part on the other hollow body, the one with the 39.

elastischen Dichtelement zusammenwirkt, wird nun 55 ' Mehrere Kugeln 36 in einem Lagerkäfig 38 übererfindungsgemäß ebenfalls von der Druckdifferenz tragen die Axialkräfte zwischen den Hohlkörpern 10 beaufschlagt, und zwar derart, daß sich dieser starre und 12. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Teil bei einer Erhöhung der Druckdifferenz vom werden die Axialkräfte durch den Wasserdruck elastischen Dichtelement wegzubewegen versucht. außerhalb der Verbindung erzeugt, da es sich hier Durch Wahl der Druckbeaufschlagungsflächen und 60 beispielsweise um das Teil eines Tiefsee-Taucherder Biegsamkeit des Verbindungsabschnittes kann anzuges handelt.Resilient sealing element interacts, now 55 'Several balls 36 in a bearing cage 38 according to the invention The axial forces between the hollow bodies 10 also depend on the pressure difference applied, in such a way that this is rigid and 12. In the illustrated embodiment The axial forces caused by the water pressure are part of the increase in the pressure difference tries to move away elastic sealing element. generated outside the connection as it is here By choosing the pressurization areas and 60, for example, around the part of a deep-sea diver's earth Flexibility of the connecting section can act suitably.

tatsächlich sehr leicht erreicht werden, daß die Ab- Um die beiden relativ zueinander bewegten Teilecan actually be achieved very easily that the ab- To the two parts moving relative to one another

dichtungskräfte zwischen dem elastischen Abdicht- der Verbindung zusammenzuhalten, wenn kein element an einem Hohlkörper und dem starren Teil Außendruck ausgeübt wird, ist ein Kugellager mit des anderen Hohlkörpers im wesentlichen konstant 65 Kugeln 40 vorgesehen, die in den diagonal gegenbleibt oder aber auf Wunsch nur geringfügig, in überliegenden Laufrillen 31 und 41 laufen. Die Tragkeinem Fall aber proportional mit steigender Druck- richtung des Lagers ist durch die Linie 42 angedeutet, differenz steigt. Dadurch kann auch bei stark wech- Ein weiches Dichtelement 64 stützt sich an einersealing forces between the elastic sealing of the connection to hold together, if no element is exerted on a hollow body and the rigid part external pressure is a ball bearing with of the other hollow body is provided essentially constant 65 balls 40, which remains in the diagonally opposite or, if desired, only run slightly in overlying grooves 31 and 41. The wearers The case, however, proportionally with increasing pressure direction of the bearing is indicated by the line 42, difference increases. A soft sealing element 64 is supported on a

Seite an der Oberfläche 62 der Lagerscheibe 32 ab. Es besteht zweckmäßigerweise aus einem Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymer, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen. Ein elastisches· Dichtelement 68, z. B. aus Gummi hergestellt, wird zwischen das Dichtelement 64 und den Ring 26 eingelegt. Die Dichtung besteht somit aus einem mit der Dichtfläche 60 des starren Teils des Ringes 28 in Berührung stehenden, einen niedrigen Reibungsbeiwert aufweisenden ersten Teil 64 und einem im wesentlichen, die gesamte i& Elastizität der Dichtung aufweisenden zweiten Teil 68. Der dichtende Abschluß ist an der ringförmigen Oberfläche 60 an der freien Kante des ringförmigen starren Teils 58 gebildet, die vorzugsweise hochpoliert ist und aus Hartmetall besteht. Flächen 80 und 82 begrenzen die Dichtfläche 60, die vorzugsweise so schmal ist, daß das Reibungsmoment zwischen den Hohlkörpern 10 und 12 möglichst vermindert wird. Die Dichtfläche soll jedoch nicht so schmal sein, daß sie in das Dichtelement 64 einschneidet.Side on the surface 62 of the bearing washer 32 away. It expediently consists of a fluorohydrocarbon polymer, preferably polytetrafluoroethylene. An elastic sealing element 68, e.g. B. made of rubber, is inserted between the sealing element 64 and the ring 26. The seal thus consists of a with the sealing surface 60 of the rigid part of the ring 28 in contact, a first portion 64 having a low coefficient of friction and substantially all of the i & The elasticity of the seal having the second part 68. The sealing end is on the annular Surface 60 is formed on the free edge of the annular rigid part 58, which is preferably highly polished and is made of hard metal. Faces 80 and 82 limit the sealing surface 60, which is preferably so narrow that the frictional torque between the Hollow bodies 10 and 12 is reduced as possible. However, the sealing surface should not be so narrow that it cuts into the sealing element 64.

Die Abdichtkraft zwischen der Dichtfläche 60 und dem ersten Teil 64 des Dichtelements entsteht dadurch, daß die Dicke des zweiten Teils 68 des Dichtelements vor dem Zusammendrücken größer ist als der Raum zwischen dem Ring 26 und dem Dichtelement 64. Wenn die Drehverbindung mittels Schrauben 67 zusammengebaut wird, wird die Abdichtkraft durch den Lagerring 34, die Kugeln 40, die Axiallagerscheibe 29, den äußeren Ring 28 und das starre Teil 58 übertragen, so daß das Dichtelement 68 zusammengedrückt wird. Durch das Zusammendrücken weitet sich das Dichtelement 68 aus, wie dies bei 66 angedeutet ist.The sealing force between the sealing surface 60 and the first part 64 of the sealing element is created by that the thickness of the second part 68 of the sealing element before compression is greater than the space between the ring 26 and the sealing element 64. When the rotary connection by means of Screws 67 is assembled, the sealing force is provided by the bearing ring 34, the balls 40, the thrust bearing washer 29, the outer ring 28 and the rigid part 58 transferred so that the sealing element 68 is compressed. As a result of the compression, the sealing element 68 expands, as indicated at 66.

Mehrere kreisförmig angeordnete Schrauben 67 halten die Bauteile 26, 32 und 34 zusammen. Der Kopf der Schraube 67 drückt nach unten gegen den Ring 26. Der Lagerring 34 wird fest gegen die Lagerscheibe 32 gezogen, die das Kugellager 40 vorspannt. Das Kugellager 40 überträgt die Vorspannkraft durch die Axiallagerscheibe 29 über die Fläche 31 zur Dichtfläche 60, die auf dem Dichtelement 64, 68 anliegt. Die Oberfläche 70 des Dichtelements 68 und die Dichtfläche 60 sind durch einen zwischen den zwei sich relativ zueinander bewegenden Hälften gebildeten, ringförmigen Kanal 30 dem Hochdruckbereich 48 ausgesetzt, der die äußere Umgebung darstellt. Eine im Kanal 30 unfer hohem Druck stehende Flüssigkeit neigt nicht nur dazu, die Dichtfläche 60 von dem Dichtelement 64 wegzudrücken, sondern sie drückt auch gegen die Oberfläche 70 des Dichtelements 68, das den Druck durch das Dichtelement 64 überträgt, um das starre Teil 58 und das Dichtelement 64 miteinander in Berührung zu halten, wodurch dem Druck entgegengewirkt wird, der dazu neigt, die Dichtelemente voneinander zu trennen.Several circularly arranged screws 67 hold the components 26, 32 and 34 together. Of the The head of the screw 67 presses downwards against the ring 26. The bearing ring 34 is fixed against the bearing washer 32 drawn, which preloads the ball bearing 40. The ball bearing 40 transmits the preload force through the axial bearing disk 29 over the surface 31 to the sealing surface 60, which is on the sealing element 64, 68 is applied. The surface 70 of the sealing element 68 and the sealing surface 60 are through a between the two halves moving relative to each other, annular channel 30 formed the high pressure area 48 exposed, which represents the external environment. One in channel 30 under high pressure Standing liquid not only tends to push the sealing surface 60 away from the sealing element 64, but it also presses against the surface 70 of the sealing element 68, which the pressure through the sealing element 64 transmits to keep the rigid part 58 and the sealing element 64 in contact with each other, thereby counteracting the pressure which tends to separate the sealing elements from one another.

Wenn die Axialkraft auf die Drehverbindung erhöht wird, so neigen alle Bauteile dazu, sich zu verformen, wodurch eine zusätzliche Kraft von dem Ring 26 durch das Dichtelement 68 und das Dichtelement 64 ausgeübt wird, um die Kraft auf der Dichtfläche 60 zu erhöhen. Die Erhöhung der Dichtkraft an der Dichtfläche 60 erhöht die Reibung zwischen dem starren Teil 58 und dem Dichtelement 64. An dem starren Teil 58 sind j edoch Rillen 72 vorgesehen, wodurch ein ringförmiger, elastischer Verbindungsabschnitt 90 entsteht, der das starre Teil mit dem äußeren Ring 28 verbindet. Dieser Verbindungsabschnitt 90 kann als eine Membran betrachtet werden, die den Hochdruckbereich_y Kanal 30, Rille 74, und den Niederdruckbereich im Inneren der Drehverbindung (Rille 72) trennt. Der elastische Verbindungsabschnitt 90 ist also der Druckdifferenz ausgesetzt, was dazu führt, daß das starre Teil 58 bei dem für das dargestellte Ausführungsbeispiel angenommenen Belastungsfall nach unten gebogen wird, um die zusätzlich auf die Dichtfläche 60 ausgeübte Kraft zu vermindern. Die Rillen 72 und 74 sind so bemessen, daß beim Ansteigen des. Druckes in der Umgebung 48 die Normalkraft auf die Dichtfläche 60 nur leicht bei dem sich erhöhenden Druck ansteigt. Es ist nicht erwünscht, die Verbindung so zu bemessen, daß die Normalkraft auf die Dichtfläche 60 mit erhöhtem Druck in der Umgebung abfällt, da ein Abfallen des Druckes möglicherweise den Verschluß öffnen könnte/When the axial force on the rotary joint is increased, all components tend to deform, whereby an additional force is exerted by the ring 26 through the sealing element 68 and the sealing element 64 in order to increase the force on the sealing surface 60. The increase in the sealing force on the sealing surface 60 increases the friction between the rigid part 58 and the sealing element 64. Grooves 72 are provided on the rigid part 58, however, whereby an annular, elastic connecting section 90 is formed which connects the rigid part to the outer ring 28 connects. This connecting section 90 can be viewed as a membrane which separates the high pressure area _y channel 30, groove 74, and the low pressure area inside the rotary joint (groove 72). The elastic connecting section 90 is therefore exposed to the pressure difference, which means that the rigid part 58 is bent downward in the load case assumed for the illustrated embodiment in order to reduce the additional force exerted on the sealing surface 60. The grooves 72 and 74 are dimensioned so that when the pressure in the environment 48 increases, the normal force on the sealing surface 60 increases only slightly when the pressure increases. It is not desirable to dimension the connection in such a way that the normal force on the sealing surface 60 decreases with increased pressure in the environment, since a decrease in pressure could possibly open the closure /

Unterschneidungen 76, 78 und 84 sind vorgesehen, um scharfe Kanten oder Winkel an den unter Belastung stehenden Bauteilen zu vermeiden.Undercuts 76, 78 and 84 are provided to avoid sharp edges or angles on those under load to avoid standing components.

Der Innenraum 46 des Taucheranzugs bildet den inneren Hohlraum der Hohlkörper. Aus dem Innenraum 46 könnte Schmutz oder Fett in das Lager 40 gelangen. Um die Ansammlung in dem Lager 40 zu vermeiden oder zu vermindern, ist ein Filzabdichtring 44 in den Lagerring 34 bei 50 eingesetzt und sperrt den Zufluß von unerwünschten Stoffen in das Lager 40.The interior 46 of the diving suit forms the inner cavity of the hollow body. From the interior 46 dirt or grease could get into the bearing 40. In order to increase the accumulation in the warehouse 40 To avoid or reduce, a felt sealing ring 44 is inserted into the bearing ring 34 at 50 and locks the influx of undesirable substances into the store 40.

Bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Drehverbindung im Weltraum ist die Außenseite 48, d. h. Umgebung des Drehgelenks, die Unterdruckseite, während der Bereich 46 die Hochdruckseite bilden würde. Unter diesen Bedingungen würde das starre Teil 58 so angeordnet, daß sich die Dichtfläche 60 an der Lagerscheibe 32 befindet, wo die Oberfläche 62 in Fig. 3 dargestellt ist, und die Oberfläche 62 würde sich an dem äußeren Ring 28 in dem Bereich befinden, wo in Fig. 3 die Dichtfläche 60 dargestellt ist.When using the rotary joint according to the invention in space, the outside 48, d. H. Surrounding the swivel joint, the negative pressure side, while the area 46 forms the high pressure side would. Under these conditions, the rigid part 58 would be arranged so that the sealing surface 60 is located on bearing washer 32, where surface 62 is shown in FIG. 3, and surface 62 would be located on the outer ring 28 in the area where the sealing surface 60 is shown in FIG. 3 is.

Claims

Patent claims:

1. Sealed against external or internal overpressure Connection of two coaxially rotatable hollow bodies, one of which has an elastic Sealing element is provided which is in slidable sealing engagement with a rigid part of the other hollow body is available, for example for use in diving and space suits, d a through characterized in that the rigid part (58) on its hollow body (28) by means of a flexible connecting portion (90) is movably arranged, the two sides of the separated by the sealing zone (60) Connecting section (90) acted upon by the different pressures prevailing there are, and the flexible connecting portion (90) is provided in such a position that the on a Increase in pressure difference, decrease in friction force on the sealing surfaces (60, 62) by moving the sealing surface (60) of the rigid part (58) relative to the elastic sealing element (64, 68) is at least partially compensated.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that both opposite Areas of the flexible connecting section (90) each partly with the overpressure zone (e.g. external environment 48 of the slewing ring)

or the negative pressure zone (z. B. the interior 46 of the rotary joint) communicating channel limit.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the sealing element (64, 68) from one with the sealing surface (60) of the rigid part (58) of the ring (28) in contact, a first part (64) having a low coefficient of friction and a substantially the entire elasticity of the sealing element (64, 68) having the second part (68).

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that that the first part (64) of the elastic sealing element (64, 68) made of a fluorohydrocarbon polymer consists.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that that the polymer is polytetrafluoroethylene.

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the elastic second Part (68) of the sealing element (64, 68) consists of rubber.

1 sheet of drawings